Điều hòa hoạt động gen ở sinh vật nhân thực Tín hiệu điều hòa ở các cơ thể đa bào là những phân tử do những tế bào chuyên biệt sản sinh, theo thể dịch lưu chuyển khắp cơ thể.. Các phân
Trang 1Điều hòa hoạt động gen ở
sinh vật nhân thực
Tín hiệu điều hòa ở các cơ thể đa bào là những phân tử do những tế bào
chuyên biệt sản sinh, theo thể dịch lưu chuyển khắp cơ thể Các phân tử này tác động lên những nhóm tế bào "đích", điều chỉnh biểu hiện các gen ở các tế bào này theo đúng chương trình đã định sẵn cho phù hợp với sự phát triển của toàn cơ thể Có hai nhóm phân tử điều hòa chính: các hoocmôn và các nhân tố tăng trưởng
Bộ gen ở sinh vật nhân thực có một số điểm đặc thù: kích thước bộ gen rất lớn, ADN được nén chặt trong nhân Do vậy mà hệ thống điều hòa đơn giản của sinh vật nhân sơ dựa vào sự nhận biết một trình tự ADN gắn bởi một prôtêin duy nhất chỉ trong giai đoạn phiên mã không còn phù hợp Sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân thực thể hiện trong mọi giai đoạn từ trước lúc sao chép đến sau khi dịch mã Cơ chế điều hòa cũng thay đổi theo từng giai đoạn Chúng ta sẽ lần lượt xem xét cơ chế điều hòa biểu hiện gen ở từng giai đoạn hay mức độ khác nhau
1 Mức nhiễm sắc thể
Trang 2Trên sợi nhiễm sắc có thể diễn ra các kiểu:
- Enzim DNaza I cắt một số vùng trên ADN làm tháo xoắn để các gen biểu hiện Hai vùng được lưu ý: các điểm nhạy cảm có liên quan với các gen có hoạt tính cao và siêu nhạy cảm có liên quan đến các gen có hoạt tính rất cao (như các gen histon)
- ADN dạng Z có liên quan đến việc đóng mở gen
- Sự metyl hóa ở C vị trí 5 làm gen ngừng hoạt động Ví dụ: NST X bất hoạt
ở người thuộc loại siêu metyl hóa
2 Mức phiên mã
Đây là sự điều hòa tác động trực tiếp đến việc mở hoặc đống của gen Kiểu điều hòa này thường gặp trong điều hòa trao đổi chất, trong các quá trình biệt hóa tế bào
- Tham gia điều hòa của các trình tự cis (ở gần) Các trình tự này thường tiếp nhận các prôtêin điều hòa (nhân tố trans ở xa)
- Tham gia vào quá trình điều hòa biểu hiện gen còn có nhóm các trình tự khuếch đại (enhancer) Các enhancer này có tác dụng làm tăng biểu hiện của gen tương ứng
- Đièu hòa bởi các nhân tố trans là các nhân tố không cùng nằm trên một mạch ADN
Trang 3- Đièu hòa qua lựa chọn promoter thích hợp
3 Mức sau phiên mã
mARN vừa được phiên mã không được dịch mã ngay mà còn phải trải qua một giai đoạn "trưởng thành" Ở giai đoạn này tồn tại nhiều cơ chế cho phép điều hòa tính chất cũng như số lượng, số loại mARN sẽ được dịch mã: cắt nối khác nhau, điểm poliadenin hóa khác nhau, sự bảo tồn ARN trong tế bào
* Hiện tượng ghép - nối khác nhau (alteARNtive splicing)
Hê thống loại bỏ intron và nối exon của tiền mARN để hình thành mARN trưởng thành khác nhau tùy từng loại tế bào, mô Việc ghép nối khác biệt các êxon dẫn đến sự hình thành các mARN khác nhau Thông thường các mARN này mã hóa cho các prôtêin có chức năng tương tự, nhưng đôi khi chúng lại
có chức năng hoàn toàn khác nhau
* Điều hòa biểu hiện gen bằng cách tăng giảm thời gian sống của các mARN
Kiểu điều hòa này mang tính số lượng, mARN càng tồn tại lâu trong tế bào thì càng được dịch mã thành nhiều prôtêin Hiện tượng này thấy rỗ trong trường hợp một số tế bào ung thư Quá trình tổng hợp prôtêin từ một số mARN bền vững tạo ra một số lượng rất lớn các prôtêin tương ứng Điều này giải thích được phần nào khả năng sinh sôi vô tận của các tế bào ung thư
* Sự dự trữ các mARN trong tế bào cũng là một phương thức điều hòa
Trang 4Rất nhiều gen được phiên mã nhưng không bao giờ được dịch mã Khi có một tín hiệu xuất hiện (hoocmôn chẳng hạn), bộ máy dịch mã lập tức hoạt động tổng hợp prôtêin từ các mARN đã trữ sẵn
4 Mức dịch mã
Sự điều hòa biểu hiện gen trong giai đoạn này chưa được biết nhiều Dường như nó có liên quan đến hiện tượng dữ trữ mARN đề cập ở trên, vì sự dịch
mã chính là một dạng tiêu thụ mARN dự trữ
5 Mức sau dịch mã
Mức này thể hiện ở sự điều hòa hoạt tính của prôtêin Sau khi mạch polipeptit được tổng hợp, prôtêin nhiều khi bị biến đổi thứ cấp trước khi biểu hiện hoạt tính Ví dụ: tripsin chỉ có được hoạt tính sau khi chất tiền thân của nó bị cắt mất một đoạn poilpeptit
Các prôtêin sau dịch mã có thể trải qua những biến đổi hóa học như glicôzin hóa, phôtphorin hóa để có hoạt tính